의료용 티타늄 소재의 발전 전망.

많은 임플란트 재료가 그 효능과 가용성에 따라 다양한 치과 응용 분야에 사용되었습니다. 치과용 임플란트는 안전하고 최적의 사용을 보장하기 위해 생체 적합성, 내부식성 및 내마모성, 적절한 기계적 특성, 골융합 등 필요한 특성을 갖추어야 합니다. 이 리뷰에서는 특성, 제조 공정, 표면 변형, 치과용 임플란트로서의 적용 및 한계를 포함하여 티타늄(Ti) 및 Ti 합금의 다양한 측면을 분석합니다. 또한 Ti 기반 임플란트 재료의 최근 발전과 혁신적인 치과용 임플란트의 미래 발전에 대한 인식도 제시합니다.

키워드: 치과용 임플란트, 티타늄 합금, 표면개질, 내식성, 골유착, 생체적합성, 항균활성

티타늄(Ti) 및 Ti 합금은 1980년대 초반부터 광범위하게 증가했습니다. 이는 고유한 특성과 수많은 생물의학 용도로 인해 더 널리 받아들여지는 금속 생체재료가 되었습니다(Özcan et al., 2012; Vizureanu et al., 2020; Takeuchi et al., 2020). 대부분의 경우, 금속 생체재료는 높은 하중 지지 능력과 피로 강도 때문에 규칙적인 움직임에 가해지는 하중을 지탱하는 데 활용됩니다(Gegner et al., 2014). 티타늄은 낮은 탄성 계수, 낮은 비중량, 뛰어난 부식 저항성, 탁월한 중량 대비 강도 비율, 우수한 마찰 특성 및 탁월한 생체 적합성으로 인해 더욱 고무적인 생체 재료 설계 중 하나로 제시되었습니다(Hatamleh et al., 2018 ; 무톰보, 2018). 티타늄 합금은 어떤 금속 함량보다 생의학 응용 분야에서 생체 적합성이 더 높습니다. 그러나 골형성 경향으로 인해 지르코니아, 알루미나, 수산화인회석 및 그 조합과 같은 바이오세라믹에 비해 생체 불활성 재료로 등급이 지정됩니다(Niinomi et al., 2008; Hoque et al., 2013, 2014; Ragurajan et al., 2018 ; Golieskardi 외, 2019). 현재 치과의학은 악구강 시스템의 부상, 위축 또는 질병에 관계없이 환자를 일반적인 목적, 건강, 심미성 및 언어로 회복시키는 것을 목표로 합니다. 결과적으로, 치과에서의 보철물은 일반적으로 구강 건강이 부적절하지만 치주 질환, 부상 또는 기타 이유로 치아를 잃은 사람들에게 좋은 선택 중 하나입니다(Oshida et al., 2010; Golieskardi et al. , 2020). 현재 다양한 디자인의 많은 임플란트가 순수 티타늄과 그 합금으로 만들어지고 있습니다.

지금까지 열간 압연, 인베스트먼트 주조, 단조 및 기계 가공과 같은 전통적인 방법을 사용하여 더 많은 금속 임플란트가 제조되었습니다. 그러나 모든 임플란트 합금을 유사한 방법으로 궁극적인 형태로 효율적으로 처리할 수 없기 때문에 수많은 고급 제조 접근 방식도 활용됩니다(Trevisan et al., 2017). 전통적인 치과 주조에 비해 티타늄 보철물은 CAD/CAM(컴퓨터 지원 설계 및 컴퓨터 지원 제조)을 활용하여 더 잘 제작될 수 있습니다(Ohkubo et al., 2008). 오늘날 혁신적인 기술인 3D 프린팅/적층 가공(AM)은 컴퓨터 지원 설계를 활용하여 치과용 임플란트를 신속하게 제조하기 위해 맞춤화되었습니다(Mohd and Abid, 2019). 3D 프린팅/AM은 이 프로세스의 불분명한 효율성을 통해 임플란트 제작을 위한 미세 해상도를 보여 주었지만 치과 임플란트 제조를 위한 잠재적인 접근 방식입니다(Thaisa 및 Andréa, 2019).

금속 이온 방출은 독성, 발암성, 과민증과 같은 부식 관련 생물학적 문제를 유발합니다. 임플란트 재료에서 다양한 신체 기관 및 임플란트 주변 조직으로의 금속 원소 방출은 구강 환경에서 자연적으로 발생하는 생체 부식, 마찰 부식 및 이들의 조합으로 인해 발생했습니다(Barão et al., 2021). 생물막이나 높은 불소 농도가 존재하는 동안 이 효과는 증폭됩니다. 금속 입자의 존재는 T-림프구, 호중구 및 대식세포를 활성화하여 사이토카인 및 금속성 프로테아제의 생성을 증가시킵니다. 또한 바나듐, 알루미늄 및 Ti–6Al–4V 입자는 독성이 있고 돌연변이를 유발하여 알츠하이머병, 골연화증 및 신경학적 문제를 유발합니다(Kirmanidou et al., 2016). Ti 및 Ti 합금은 정형외과 및 치과 분야에서 주목할만한 응용 분야를 가지고 있습니다. 따라서 매일 수많은 임플란트가 시장에 출시되고 있습니다. 이 검토의 목표는 이 자료, 특히 CAD/CAM이 크게 발전한 이유와 방법을 파악하는 것입니다. Ti와 생물학적 환경의 상호 작용을 연구하여 어떤 특성이 이 재료와 그 합금을 교정 치료 재료로 매력적으로 만드는지 결정하는 것이 중요합니다.

3D 프린팅(3DP)은 예방/복원 치과학에서 중요한 역할을 하기 때문에 치간극, 치관 손상, 치아 손실 등 수많은 치과적 어려움을 극복하는 치과 임플란트를 위한 새로운 기술입니다. 3DP는 (i) 다중 구성, (ii) 미세구조, (iii) 기계적 특성, (iv) 임플란트로 부착된 조직 및 기관의 생물학적 방법을 긴밀하게 제어할 수 있습니다. 실제로 제조 및 이식을 위한 CAD/CAM을 통한 3DP의 중요성 때문에 임플란트 및 복원 응용 분야에 대한 치과학의 탁월한 속성에 중점을 둡니다. 치아 뒤틀림을 치료하기 위해 원하는 기능을 갖춘 Ti 재료가 더 적은 노력으로 속도를 높이는 것은 타당합니다(Gagg et al., 2013; Unnikrushnan et al., 2021).

본 연구의 목적은 역사적 발전, 제조 절차, 표면 변형 기술과 함께 치과에서 티타늄과 그 합금의 다양한 용도를 설명하는 것입니다. 이 리뷰에는 Ti 합금의 다양한 기계적, 생리학적 특성이 요약되어 있습니다. 또한 미래의 제조업체, 연구원 및 학자에게 개요를 제공할 활용에 대한 좋은 미래 전망에 대해 논의합니다.